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1、 第一單元 走進(jìn)編程 第一節(jié) 解決問題的一般方法 教學(xué)設(shè)計 天津中學(xué) 杜云 第一單元 走進(jìn)編程 第一節(jié) 解決問題的一般方法 一、案例背景信息 １．模塊：高中信息技術(shù)選修模塊：《算法與程序設(shè)計》 ２．年級：高中一年級 ３．所用教材版本：中國地圖出版社 ４．學(xué)時數(shù)：1學(xué)時 二、教學(xué)設(shè)計 （一）教學(xué)目標(biāo) 知識與技能： 能夠分析哪些問題是適合用計算機(jī)解決的問題，并理解能利用計算機(jī)解決的問題分為以下三類： （1）使用現(xiàn)有的工具軟件可以解決的問題。 （2）現(xiàn)成的工具軟

2、件解決不了，需要編寫程序并通過執(zhí)行若干個步驟才能解決的問題。 （3）現(xiàn)成的工具軟件不能直接解決問題，也需要編寫程序，但不能通過既定步驟解決的問題。 過程與方法： 理解解決問題的一般方法： （1）分析問題 （2）確定方案 （3）設(shè)計步驟 （4）程序設(shè)計 情感態(tài)度與價值觀： 養(yǎng)成主動學(xué)習(xí)和使用算法解決問題的思想，同時激發(fā)學(xué)習(xí)《算法與程序設(shè)計》的興趣，樹立學(xué)習(xí)的信心。 （二）內(nèi)容分析 學(xué)習(xí)內(nèi)容： 本套教材由《信息技術(shù)基礎(chǔ)》（必修模塊）和《多媒體技術(shù)應(yīng)用》、《數(shù)據(jù)管理技術(shù)》、《算法與程序設(shè)計》、《網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用》、《人工智能》模塊組成，其中人工智能模

3、塊屬于開設(shè)在《算法與程序設(shè)計》基礎(chǔ)上的后續(xù)模塊，多媒體技術(shù)應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用、數(shù)據(jù)管理技術(shù)是作為一般信息技術(shù)應(yīng)用設(shè)置的、算法與程序設(shè)計是作為計算機(jī)應(yīng)用的技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)置的。 本節(jié)的內(nèi)容是介紹利用算法解決問題的一般方法，使學(xué)生們初步學(xué)會使用算法思想處理日常學(xué)習(xí)與生活中的問題。 學(xué)習(xí)重點： 能夠從現(xiàn)實學(xué)習(xí)、生活中分析哪些問題適合利用計算機(jī)協(xié)助解決，并理解哪些問題是需要編程解決的。 學(xué)習(xí)難點： 激發(fā)學(xué)生對學(xué)習(xí)《算法與程序設(shè)計》的興趣和信心。 學(xué)習(xí)要求： （1）明確本課的學(xué)習(xí)目標(biāo)，積極思考，勤于實踐。 （2）聯(lián)系所學(xué)知識和技能，解決實際問題，提高自主學(xué)習(xí)能力。 （三）學(xué)生分析

4、 高一學(xué)生對信息技術(shù)有著濃厚的學(xué)習(xí)興趣，但對算法的概念比較模糊，缺乏利用算法思想解決問題的意識，引導(dǎo)他們利用算法解決問題，是為以后的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。 （四）教學(xué)策略設(shè)計 1．教學(xué)方法設(shè)計 ①引導(dǎo)啟發(fā)法 教學(xué)導(dǎo)入是整個教學(xué)過程中非常重要的環(huán)節(jié)，很平淡的開場白不容易引起學(xué)生的興趣，因此教師在開始上課時就應(yīng)該集中學(xué)生的注意力。因此，本課在引入的環(huán)節(jié)設(shè)計了“新聞案例——人機(jī)大戰(zhàn)”，通過這種方式馬上就抓住了學(xué)生的心。通過老師巧妙地引導(dǎo)和啟發(fā)，使學(xué)生很快進(jìn)入到本課的學(xué)習(xí)情境中。 ②任務(wù)驅(qū)動法 本節(jié)課教師采取任務(wù)驅(qū)動法，針對學(xué)生學(xué)習(xí)、生活中的實際問題布置多個學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生在完成任務(wù)的過程

5、中理解利用算法解決問題的好處。操作本身也是一種學(xué)習(xí)，在學(xué)生遇到困難時教師會適時地給出提示，根據(jù)提示學(xué)生再次通過思考、分析、修改錯誤，最終使問題得到解決，從而提高學(xué)生解決問題的能力。在巡視過程中，老師應(yīng)該鼓勵學(xué)生大膽操作，并進(jìn)行具體的指導(dǎo)，多表揚他們的進(jìn)步，以增強(qiáng)其信心。 ③演示法與實踐法 多媒體網(wǎng)絡(luò)教室為上好信息技術(shù)課提供了硬件保證。教師可以很方便地應(yīng)用演示法，使學(xué)生能看到教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生更容易接受。本節(jié)課教師就充分利用這些設(shè)備并對一些程序進(jìn)行教學(xué)演示，收到了事半功倍的效果。另外，信息技術(shù)科學(xué)是一門實踐性很強(qiáng)的學(xué)科。學(xué)生需要充足的上機(jī)實踐的時間和機(jī)會，讓他們每堂課必有所學(xué)，有所獲。 2．教

6、師應(yīng)用信息技術(shù)的情況 教學(xué)環(huán)境：機(jī)房、Lanstar、大屏幕、J2SE SDK 三、教與學(xué)的實際過程描述 1． 教與學(xué)的過程描述 教學(xué) 階段 教師活動 學(xué)生活動 對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的觀察和考查 引入 l 新聞案例——人機(jī)大戰(zhàn) 　　1．棋王首戰(zhàn)受挫 　　2．“深藍(lán)”戰(zhàn)績不俗 　　3．棋王冒險出擊 　　4．平局帶來思考 l 思考與討論 別的國家開發(fā)的軟件，我們不但需要購買這些軟件的使用權(quán)，而且每年都會花費大量的人力物力組織各種培訓(xùn)去學(xué)習(xí)這些軟件的使用，他們不斷的推陳出新，我們不斷地、大量地投入。 聆聽并思考新聞案例給我們帶來的啟示。 師生達(dá)成共鳴：如

7、果能研發(fā)更多的、擁有自己的知識產(chǎn)權(quán)的軟件，會進(jìn)一步推動中國信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是非常有戰(zhàn)略意義的。而《算法與程序設(shè)計》是最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)。 學(xué)生是否很快進(jìn)入到本課的學(xué)習(xí)情境中。 學(xué)生是否積極思考并主動投入本課的學(xué)習(xí)過程。 任務(wù)一 l 任務(wù)：文檔nba.doc中提供了部分NBA球員的相關(guān)數(shù)據(jù)，請找出身高前十名的隊員 l 數(shù)據(jù)引自： l 目的：幫助學(xué)生理解有些問題是可以利用現(xiàn)成的工具軟件解決的。 學(xué)生根據(jù)以往知識的積累，自主實踐完成任務(wù)一。 學(xué)生完成情況：基本上能完成，方法多樣，導(dǎo)入到Excel、Word中進(jìn)行排序等不同的方法。 任務(wù)二 l 繪制如下圖形 l 繪

8、制如下圖形（該圖形由4個圖形1旋轉(zhuǎn)方向，并用等邊長的線段連接起來） l 要求：可以利用任意方法。 學(xué)生根據(jù)以往知識的積累，自主實踐完成任務(wù)一。 學(xué)生完成情況：學(xué)生利用畫圖、photoshop、firework等繪圖軟件繪制，也有用Word表格實現(xiàn)的，方法多樣化，學(xué)生進(jìn)行信息處理問題的方法是多種多樣的。 任務(wù)三 l 提出問題：如果我要求大家繪制如下圖形，大家打算使用什么方法呢？ l 目的：引出有些問題可以利用計算機(jī)解決，但是不能利用現(xiàn)成的工具軟件實現(xiàn)，需要編程實現(xiàn)。——這些問題就是本模塊要解決的問題。 學(xué)生的反應(yīng)：放棄，沒有辦法去畫。學(xué)生急于知道解決問題的辦法，

9、 觀察學(xué)生在解決這個問題時是否積極思考，并力圖求得解決問題的策略。 演示 程序 l 演示利用Java實現(xiàn)的Hilbert程序，輸入不同的數(shù)字，快速地實現(xiàn)。展示該程序，并說明該程序并不難，利用簡單的遞歸方法就可以實踐，所有的學(xué)生在本學(xué)期末也可以實現(xiàn)。 l Hilbert變換曲線是電子商務(wù)中的數(shù)字簽名等領(lǐng)域的核心技術(shù)之一。 觀察教師演示程序，并對所要學(xué)習(xí)的知識建立初步的模型。 通過程序的演示，幫助學(xué)生建立學(xué)習(xí)信心。 歸納 總結(jié) l 能利用計算機(jī)解決的問題分為以下三類： （1） 使用現(xiàn)有的工具軟件可以解決的問題。 （2）現(xiàn)成的工具軟件解決不了，需要編寫程序并通過執(zhí)行若干個步驟

10、才能解決的問題。 （3）現(xiàn)成的工具軟件不能直接解決問題，也需要編寫程序，但不能通過既定步驟解決的問題 第三類問題如博弈、專家系統(tǒng)等，需要利用人工智能技術(shù)，不是本選修模塊能解決的問題。 l 本選修模塊解決的問題界定在： ①能利用計算機(jī)解決的問題 ②利用現(xiàn)成的工具軟件解決不了 ③算法符合下列原則 ? 有窮性：在執(zhí)行有限步之后必須終止。 ? 確定性：所給出的每一計算步驟必須是精確定義的。 ? 可行性： 要執(zhí)行的每一計算步驟都可在有限時間內(nèi)完成。 ? 有輸入：一般有0個或多個輸入信息，它是算法所需的初始數(shù)據(jù)。 ? 有輸出 ：一般應(yīng)具有0個或多個輸出信息，它是算法對輸入信息的運算結(jié)

11、果 通過和教師一起歸納總結(jié)，掌握解決問題的基本方法。 了解算法的基本特征。 學(xué)生是否積極參與歸納總結(jié)，并得出相應(yīng)的結(jié)論。 學(xué)生 練習(xí) （1）找出實際學(xué)習(xí)和生活中適合利用計算機(jī)解決而利用現(xiàn)成的工具軟件無法解決的問題，列出解決問題的方案及具體實施步驟。 （2）注冊電子檔案袋 （3）下載一個流程圖制作軟件，安裝試用，選擇好的上傳到電子檔案袋中，以備下一節(jié)課使用。 學(xué)生積極思考，可以和伙伴進(jìn)行討論，得出解決問題的方案和步驟。 利用檔案袋記錄學(xué)習(xí)過程。 學(xué)生檔案袋資料是否齊全，是否積極主動參與活動。 開始上課 教學(xué)導(dǎo)入 講述

12、新聞案例——人機(jī)大戰(zhàn)，同時為下面的內(nèi)容作鋪墊。 實例分析 學(xué)生完成任務(wù)一、二、三，需求解決問題的方法 程序演示 教師演示程序，得到利用程序解決問題的方法。 歸納總結(jié) 師生共同歸納總結(jié)解決 問題的方法和實施步驟 教學(xué)結(jié)束 學(xué)生練習(xí) 通過電子學(xué)習(xí)檔案袋 記錄學(xué)習(xí)過程。 2．關(guān)鍵環(huán)節(jié)提煉 四、教學(xué)反思 1、任務(wù)一給出的數(shù)據(jù)是Word表格，絕大部分同學(xué)是利用Word表格的排序功能直接實現(xiàn)，給出的環(huán)境束縛了學(xué)生的思維。如果將原始數(shù)據(jù)改為.txt文件就比較好了

13、。 2、由任務(wù)二應(yīng)該引出解決問題的步驟，分析問題、確定方案、設(shè)計步驟、程序設(shè)計，這樣會非常流暢。 五、教學(xué)資源和參考資料 教學(xué)資源：1.文檔nba.doc（數(shù)據(jù)引自： 2.教學(xué)演示文稿 3.演示程序：hilbertjava 4.電子學(xué)習(xí)檔案袋 參考資料：中華網(wǎng)-體育頻道：人腦勝不了電腦？媒體稱人機(jī)大戰(zhàn)引人深思 l 新聞案例——人機(jī)大戰(zhàn) 　　1．棋王首戰(zhàn)受挫 　　1997年，世界排名第一的棋王卡斯帕羅夫，在首度人機(jī)大戰(zhàn)中，以一盤之差惜敗于IBM公司專門設(shè)計用來戰(zhàn)勝他的電腦“深藍(lán)”。盡管當(dāng)時媒體認(rèn)為失利原因是

14、卡斯帕羅夫沒有發(fā)揮出最佳狀態(tài)，但是他自己承認(rèn)是情緒不穩(wěn)定導(dǎo)致了最終失敗?？ㄋ古亮_夫回憶道，“在比賽開始階段我就承受了巨大的心理壓力，到最后一盤棋時，我甚至根本無法專注于棋盤之上?！笨ㄋ古亮_夫的壓力顯然來自于這場空前的人類與電腦智力比拼事件本身。此后，IBM公司又拒絕了這位沮喪的棋王重賽的要求，并且毀掉了“深藍(lán)”。在人腦與電腦首度對決中的失利，在此后的一段時期內(nèi)或多或少也影響了卡斯帕羅夫的情緒。 　　2．“深藍(lán)”戰(zhàn)績不俗 　　6年后，卡斯帕羅夫終于有機(jī)會來報這一箭之仇了。此次比賽是國際象棋聯(lián)合會批準(zhǔn)的首次“人機(jī)比賽”。與第一個對手“深藍(lán)”不同，卡斯帕羅夫的第二個對手“深藍(lán)二世”不是一臺昂貴的

15、每秒能運算2億步的超級計算機(jī)，而是一套可以在普通計算機(jī)上使用的弈棋程序。它是由兩名以色列電腦專家設(shè)計的，運算速度為每秒鐘三百萬步。兩年來，“深藍(lán)二世”可謂戰(zhàn)績不俗，在與人類的多次交手中還未嘗敗績，并且一直持有官方的國際象棋電腦冠軍頭銜，與卡斯帕羅夫可謂棋逢對手。“小深藍(lán)”曾獲得2001、2002連續(xù)兩年電腦世界大賽冠軍，2000年8月還曾參加過由多名超一流棋手參賽的多特蒙德超級大賽，取得了50%的勝率。這場較量是人機(jī)大戰(zhàn)的關(guān)鍵一役，是證明人類比機(jī)器更強(qiáng)的最好時機(jī)。1月26日傍晚時分，當(dāng)無數(shù)的美國人爭相擁擠在電視機(jī)前為美國職業(yè)橄欖球“超級碗”比賽瘋狂吶喊時，400多名國際象棋愛好者靜靜地圍坐在紐

16、約競技俱樂部的大廳里，目不轉(zhuǎn)睛地盯著眼前的大屏幕，因為一場國際象棋“人機(jī)大戰(zhàn)”正在這里緊張進(jìn)行，即39歲的世界棋王卡斯帕羅夫和電腦“深藍(lán)二世”的較量。 　　3．棋王冒險出擊 　　卡斯帕羅夫執(zhí)白棋先行。對陣一開始，他就放棄了6年前與“深藍(lán)”比賽時采取的小心謹(jǐn)慎的“反電腦”戰(zhàn)術(shù)，嘗試了一些打破常規(guī)的冒險招數(shù)。鋌而走險使他占得了先機(jī)，“深藍(lán)二世”似乎被這種有反常理的下法弄糊涂了，在下第9步時竟然“苦思冥想”了足足25分鐘才落子?？ㄋ古亮_夫的冒險戰(zhàn)術(shù)最終得到了回報，在經(jīng)過4個小時、總共27步棋的斗智斗勇以后，“深藍(lán)二世”終于向這位棋王俯首稱臣。當(dāng)這位充滿個人魅力的國際象棋大師贏得勝利，走出比賽室與

17、棋迷們見面時，長舒了一口氣。對于卡斯帕羅夫來說，首盤獲勝無疑是一場甜蜜的勝利。不過，本場人機(jī)大戰(zhàn)將持續(xù)13天，卡斯帕羅夫和“深藍(lán)二世”一共要進(jìn)行6場較量，世界棋王笑得有點過早了。 　　“深藍(lán)二世”的設(shè)計者阿米爾和布辛斯基表示，他們并沒有將設(shè)計重點完全放在增強(qiáng)運算能力上，而是賦予“深藍(lán)二世”以更多的人工智能，從而使它擁有更接近于人類的判斷能力。它能在比賽進(jìn)程中不斷進(jìn)行自我修正和完善，尋找出最有力的戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)。也正因為如此，“深藍(lán)二世”才會在下到第9步棋時對當(dāng)時棋盤上的復(fù)雜局面作如此長時間的“思考”。美國一些國際象棋大師認(rèn)為，卡斯帕羅夫開局時有悖自身棋風(fēng)的下法是他在第一場較量中旗開得勝的關(guān)鍵所在，

18、這也許也是他最終戰(zhàn)勝“深藍(lán)二世”，為人類挽回一點面子的法寶。第2局開局后，依然是卡斯帕羅夫占上風(fēng)，可惜他在關(guān)鍵階段被“深藍(lán)二世”抓住了失誤，守成和棋。此局之后，正當(dāng)卡斯帕羅夫養(yǎng)精蓄銳備戰(zhàn)時，兩位程序設(shè)計師對程序再一次進(jìn)行了補充與完善，有力地保證了電腦棋手在比賽后半程越戰(zhàn)越強(qiáng)。“深藍(lán)二世”在奪得第三局勝利后，雙方在接下來的三局比賽中均戰(zhàn)成平手。“人機(jī)大戰(zhàn)”最終以握手言和收場。 　　4．平局帶來思考 人腦勝不了電腦？這給人們帶來了更深層次的思考。下棋是人腦發(fā)明出的最精致、最復(fù)雜的游戲，標(biāo)志著人腦的最高境界，棋類比賽是人腦的奧林匹克運動，如果電腦在這場比賽中獲勝，所帶來的不僅僅是競技體育的名譽歸

19、屬，更多的是機(jī)器與人類之間關(guān)系的深層次思考。不過，樂觀的人們也看到，人機(jī)大戰(zhàn)是一場雙贏的游戲。1997年“深藍(lán)”擊敗小卡一戰(zhàn)成名后，IBM在將其轉(zhuǎn)為商用的過程中大獲其利，令人看到了“人機(jī)大戰(zhàn)”中蘊涵的巨大商機(jī)，國際棋聯(lián)自然不會放過“分一杯羹”的機(jī)會。國際棋聯(lián)在此次“人機(jī)大戰(zhàn)”中不僅為比賽籌集了高達(dá)百萬美元的巨額獎金，而且允許小卡以國際棋聯(lián)代表的名義去對抗電腦世界冠軍。賽后，國際象棋聯(lián)合會將向卡斯帕羅夫支付50萬美元的出場費。所以，相信隨著象棋電腦的不斷升級，“人機(jī)大戰(zhàn)”的結(jié)果將注定會越來越?jīng)]有懸念。雖然在腦力競技場上，人類輸了棋，但人類卻在商場贏得了最終的游戲，機(jī)器也許永遠(yuǎn)不會懂得這一點。 8